[发明专利]硅基锗雪崩光电探测器阵列及其制备方法

说明书

本申请提供一种硅基锗雪崩光电探测器阵列及其制备方法，该探测器阵列包括：具有高掺杂的硅衬底；SACM‑APD器件单元，其在所述硅衬底上呈阵列状排布；在所述硅衬底表面形成外延结构；贯穿所述外延结构且隔离所述SACM‑APD器件单元的第一沟槽结构，贯穿所述外延结构且形成通孔电极的第二沟槽结构，所述第一沟槽结构与第二沟槽结构沉淀绝缘介质；在所述硅衬底背离所述外延结构的一面形成有网格结构N电极，所述N电极的格眼对应所述SACM‑APD器件单元。本申请通过在所述硅衬底背离所述外延结构的一面形成有网格结构N电极，确保了硅基锗雪崩光电探测器阵列中各个SACM‑APD器件单元偏置条件相同，提升了硅基锗雪崩光电探测器阵列一致性和整体性能。

技术领域

本申请涉及硅基雪崩光电探测器技术领域，特别是涉及一种基于硅原位掺杂技术精确定义电荷区尺寸的、吸收与倍增/电荷区相分离的高密度雪崩光电探测器阵列及其制备方法。

背景技术

具有吸收区-电荷区-倍增区分离(SACM)结构的APD(Avalanche Photodiode)作为一种新型光电探测器已成为APD器件研究的重点。硅基Ge雪崩光电探测器(SACM-APD)由于其利用Ge材料的光吸收特性和硅材料的低雪崩噪声特性，且与标准CMOS工艺兼容，具有灵敏度高、体积小、增益大、低成本等众多优势已经广泛应用于光纤通信、激光测距、激光引信、光谱测量、遥感测量、医学影象诊断、环境监测和军事侦察等方面，是激光强度定向测距(Laser Intensity Direction and Ranging，LIDAR，即激光雷达)系统、3D激光扫描系统、核医学成像系统、高能物理系统等高新技术实践中的核心器件。

然而，现有SACM-APD器件电荷区具有调节吸收区与倍增区电场分布的作用，同时对掺杂分布和浓度非常敏感，由于离子注入+退火工艺很难实现对APD器件电荷区厚度和掺杂分布的精确控制，从而影响器件性能，尤其影响APD器件阵列性能一致性；另外，在APD器件阵列中，随着阵列密度的提升，单个器件所占面积缩小，临近APD器件单元因隔离不彻底和结构限制，存在光电串扰的问题，影响整个系统响应度、线性度等特性；还有，不同APD器件单元位置不同，具有不同的分布参数，导致APD器件偏置条件不一致，从而致使阵列器件工作状态不一致，导致总体性能下降。因此，如何有效彻底地确保APD器件阵列性能是本领域目前面临的一个难题。

申请内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种硅基锗雪崩光电探测器阵列及其制备方法，用于至少部分地解决上述技术问题之一。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种硅基锗雪崩光电探测器阵列，包括：

具有高掺杂的硅衬底；

SACM-APD器件单元，其在所述硅衬底上呈阵列状排布；

在所述硅衬底表面形成外延结构；

贯穿所述外延结构且隔离所述SACM-APD器件单元的第一沟槽结构，贯穿所述外延结构且形成通孔电极的第二沟槽结构，所述第一沟槽结构与第二沟槽结构沉淀绝缘介质；

在所述硅衬底背离所述外延结构的一面形成有网格结构N电极，所述N电极的格眼对应所述SACM-APD器件单元。

本申请第二方面提供一种硅基锗雪崩光电探测器阵列制备方法，包括：

提供衬底；在所述衬底表面上形成外延结构，所述外延结构包括：在所述衬底表面外延生长本征硅层，利用原位掺杂工艺在所述本征硅层表面外延生长P型硅层，在所述P型硅层表面外延生长本征锗层；

贯穿所述外延结构且用于隔离SACM-APD器件单元的第一沟槽结构，贯穿所述外延结构且形成通孔电极的第二沟槽结构，所述第一沟槽结构与第二沟槽结构沉淀绝缘介质；